Holmium

Discovery

Holmium was discovered by Swedish chemist, geologist, botanist, and hydrogapher Per Teodor Cleve in 1879. He obtained an impure erbia from which scandia and ytterbia had been removed and noticed that the atomic weight of his impure erbia did not match that of erbia discovered by Carl Mosander in 1843. He immediately started refining it by fractional crystallization into three "earths", erbia, holmia, and thulia. Holmium and thulium were both new rare earths that Cleve verified by molecular weight and their spectral lines. The spectra of the elements had previously been studied by Swiss chemists Marc Delafontaine and Jean Louis Soret who called it "element X" but were not able to separate it (Weeks and Leicester, 1968, p. 681). Holmium was named by P.T. Cleve for Holmia, the Latin name for the city of Stockkholm, which he described as "whose surroundings contain many minerals rich in yttria" (Cleve, 1879).

Definition

Holmium is a bright silver metal that is stable in dry air but oxidizes rapidly in moist air and at elevated temperatures. The metal is relatively soft and is malleable. It has a hexagonal close packed structure, a density of 8.803 gm/cm3, a melting point of 1461 °C, and a boiling point of 2600 °C. Holmium oxide, or holmia, occurs as a sesquioxide with the formula Ho2O3. The oxide is a light yellow powder with a melting point of 2360 °C, a specific gravity of 5.0 gm/cm3, and a formula weight of 378.86. 

Preparation of Metal

Holmium metal is typically prepared by calciothermic reduction of the trihalide, typically HoF3. Although its melting point is similar to Y, Gd, Tb, and Lu, its vapor pressure at the melting point is much higher. This makes purification of Ho, and similar elements Sc, Dy, and Er with high vapor pressures, comparatively easy. Common interstitial impurities which form stable compounds with nitrogen, carbon, and oxygen remain in the residue when the metal is sublimed at 1220 °C at a slow rate (Beaudry and Gschneidner, Jr., 1978). Holmium metal is formed when the fluoride preferentially separates from holmium fluoride at high temperature and combines with calcium metal forming calcium fluoride and deposits a high-purity holmium metal. 

Source

Large resources of holmium in xenotime and monazite are available worldwide in ancient and recent placer deposits, uranium ores, and weathered clay deposits (ion adsorption ore). It occurs in the Earth’s crust at an average concentration of 1 parts per million. Xenotime is enriched in holmium oxide and contains 2.0% to 2.6% of the rare earth oxide (REO) content. Monazite (Ce), which is more abundant in the Earth’s crust than xenotime, has holmium oxide contents of 0.05% to 0.12% of the REO content. The yttrium enriched Longnan type ion adsorption ore has a holmium oxide content of 1.6% of the REO content, however, the Xunwu type contains only a trace amount. Hard rock monazite (Nd) in the Lemhi Pass district of Idaho Montana has an average holmium oxide content of 0.19% of the REO distribution (Hedrick, unpublished manuscript). Holmium oxide contents in apatite, loparite, and eudialyte in Russia are 0.05%, 0.7%, and 2.9%, respectively (Hedrick, Sinha, and Kosynkin, 1997). Only trace amounts of holmium oxide occur in bastnäsites at the Bayan Obo mine in China and at Mountain Pass in the United States. Subeconomic resources of holmium occur in apatite magnetite bearing rocks, eudialyte bearing deposits, deposits of niobium tantalum minerals, non placer monazite bearing deposits, sedimentary phosphate deposits, and uranium ores, especially those of the Blind River District near Elliot Lake, Ontario, Canada, which contain trace amounts of holmium in brannerite, monazite, and uraninite. Additional subeconomic resources in Canada are contained in allanite, apatite, and britholite at Eden Lake, Manitoba; allanite and apatite at Hoidas Lake, Saskatchewan; fergusonite and xenotime at Nechalacho (Thor Lake), Northwest Territories; and eudialyte (Y), mosandrite, and britholite at Kipawa, Quebec. It occurs in various minerals in differing concentrations and occurs in a wide variety of geologic environments, including alkaline granites and intrusives, carbonatites, hydrothermal deposits, laterites, placers, and vein-type deposits (Hedrick, 2010). 

Mining

Xenotime and monazite is recovered from heavy mineral sands (specific gravity >2.9) deposits in various parts of the world as a byproduct of mining zircon and titanium minerals or tin minerals. Heavy mineral sands are recovered by surface placer methods from unconsolidated sands. Many of these deposits are mined using floating dredges which separate the heavy mineral sands from the lighter weight fraction with an on board wet mill through a series of wet gravity equipment that includes screens, hydrocyclones, spirals, and cone concentrators. Consolidated or partially consolidated sand deposits that are too difficult to mine by dredging are mined by dry methods. Ore is stripped by typical earth moving equipment with bulldozers, scrapers, and loaders or by water jet methods. Ore recovered by these methods is crushed and screened and then processed by the wet mill described above. Wet mill heavy mineral concentrate is sent to a dry mill for processing to separate the individual heavy minerals using a combination of scrubbing, drying, screening, electrostatic, electromagnetic, magnetic, and gravity processes. Vein monazite has been mined by hard-rock methods in South Africa and the United States (Hedrick, 2010).

Loparite is mined by underground methods using room and pillar methods. Ore is drilled and blasted and removed from the mine. The ore is then processed by the same hard rock methods as applied to bastnäsite to make a loparite concentrate with a 0.7% Ho2O3 content. In Kyrgyzstan, synchysite (Y) with a Ho2O3 content of 0.8% was mined by hard rock methods from the open pit Kutessai II deposit near Aktyuz. Argillaceous marine sediments enriched in fossil fish remains at the Melovie deposit in Kazakhstan were previously recovered for their uranium and rare earth content, including dysprosium. The main source of the world’s holmium is the ion adsorption lateritic clays in the southern provinces of China, primarily Fujian, Guangdong, and Jiangxi, with a lesser number of deposits in Guangxi and Hunan. These deposits are mined by leaching methods (Hedrick, 2010).